某收费站管理场区边坡滑坡原因分析及处治设计

贾韵洁

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概况

该滑坡位于某高速公路收费站管理场区内，属深挖路堑边坡，最大挖深为七级边坡，设计边坡坡率均为1∶0.75，边坡开口线距离高压铁塔塔基仅为13 m。2013年12月24日，收费站管理场区东侧和南侧边坡大面积出现失稳滑塌，在路基占地线外地表出现10～30 cm宽的簸箕型裂缝，错台高度1-2 m，裂缝已经延伸至高压铁塔塔基附近，且在距离高压铁塔塔基28 m处已经出现10～30 cm的不规则的裂缝和错台，边坡发生滑坡时边坡已开挖到第三级边坡的土岩结合面。经勘察，滑体主要由黄土组成，滑床以强风化泥岩为主。滑坡对收费站管理场区及两座高压铁塔有严重影响，存在严重安全隐患。滑坡全貌及滑坡的典型张性裂缝和剪出口见图1、图2。

图1 滑坡全貌

图2 滑坡张性裂缝及剪出口

2 自然地质条件

2.1 地形地貌

本路段地处构造剥蚀低山区，地形起伏较大。自然坡角为25°～45°，坡体相对高差约35～60 m，坡体植被不发育，主要以种植农作物为主。

2.2 地层岩性

根据地质调绘和钻探资料，滑坡区地层由第四系风积、冲洪积黄土和二叠系上统上石盒子组强-中风化砂泥岩组成。

a）第四系风积物和冲洪积物为浅黄色-棕黄色，土质较均匀，孔隙较发育，可见虫孔，垂直节理发育，具有Ⅲ-Ⅳ级自重湿陷性，呈硬塑-坚硬状态，为滑体的主要组成部分。

b）强风化泥砂岩为棕红色-黄绿色，为泥质结构和中粗砂结构，薄层-中厚层构造，矿物成分以黏土矿物、石英、长石为主，风化裂隙很发育，岩体破碎，砂泥岩互层，为滑床土的主要组成部分。

c）中风化砂泥岩为紫红色-黄绿色，为泥质结构和中粗砂结构，中厚层-厚层构造，矿物成分以黏土矿物、石英、长石为主，节理裂隙较发育，岩体较完整，局部破碎。

2.3 地质构造及地震

项目区位于关王庙北东向褶带，为南翘北倾的单斜构造，岩层平缓，倾角小于10°，断裂活动处于相对稳定状态，无影响工程的活动性断裂构造，地质构造简单。区内地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，相对应的地震基本烈度为Ⅶ度。

2.4 水文地质条件

a）地表水 工程区内大气降水为地表水的主要来源，年平均降水量为400～600 mm，最大降水量为828.9 mm。降水一部分形成地表径流由高处向低处排泄，另一部分垂直下渗转化为地下水。

b）地下水 工程区内地下水埋藏较深，勘察和施工期间未见地下水，在周围坡麓及冲沟内偶有泉水出露。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，主要为大气降水垂直下渗补给，含水层主要为第四系上更新统风积及中更新统冲洪积黄土，由于土体孔隙及垂直节理发育，且地势较高，地形切割严重，无良好的赋水条件，故一般透水而不含水，泥岩为相对隔水层，易沿其层面以上形成上层滞水，富水性弱。在滑坡场区的第三级平台上挖探井和开挖边坡时均发现有多处出水点，出水点均位于黄土和泥岩的接触面，对边坡的稳定性构成不利影响。出水点见图3。

图3 滑坡场区出水点

3 滑坡的变形特征和形成机理

该滑坡的变形特征和形成机理主要有以下几方面：

a）由于滑体土孔隙和垂直节理发育，具有Ⅲ-Ⅳ级自重湿陷性，7、8月份连续降雨，雨水沿土体表面垂直裂隙及落水洞下渗，导致土体软化和自重增加，抗剪强度降低，下伏P2s泥岩面形成有效隔水层。

b）7、8月份连续降雨形成地表径流，从高处向低处排泄，坡顶未施工截水沟，开挖的坡面也未进行防护，径流对坡面进行冲刷、侵蚀破坏，软化坡脚土体，使其抗剪强度下降。

c）12月份随着路基边坡的逐步开挖，使坡脚形成临空面，导致上部土体失稳，边坡发生大面积滑塌。

在以上因素的共同作用下，为滑坡的形成提供了内在基础与滑动条件，最终导致上部黄土沿基岩面产生牵引式整体滑动。大气降水、人类工程活动是影响滑坡稳定性的主要因素。

4 滑坡稳定性计算分析

根据滑坡变形特征可知，该滑坡危害程度为严重，滑坡防治工程安全等级为I级[1]。根据滑体表面张性裂缝和前缘的剪出口，可以判定滑坡沿土岩结合面处于滑动阶段。

根据地勘资料，对3个地质断面进行稳定性计算，取滑坡的稳定系数F=0.97，分别对3个断面的滑面C、Φ值进行反算；滑坡剩余下滑力计算采用《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）推荐的传递系数法，分别对正常工况、非正常工况I（暴雨）和非正常工况Ⅱ（地震）进行计算，选择剩余下滑力最大的工况进行支挡设计。计算过程使用“理正岩土工程计算分析软件”进行。计算结果见表1。

表1 计算参数及剩余下滑力一览表

5 滑坡处治设计

5.1 调整场区位置

受滑坡体和高压铁塔的影响，管理场区的位置需要重新调整。经现场调查，在收费广场右侧，连接线的右侧路边，有一处地势平坦、工作车辆可经连接线和匝道绕行、方便收费管理以及工作人员和车辆出入的地方可以作为新的收费站管理场区，新场区远离滑坡的影响范围，同时也避开了拆迁超高压输电线路。

5.2 反压设计

由于边坡开挖形成临空面，滑坡体局部剪出，临近铁塔塔基地表出现裂缝，威胁到铁塔安全，在边坡滑塌后立即对边坡采取了紧急临时反压措施，反压后裂缝趋于稳定，也无新裂缝产生，因此对原收费站管理场区已开挖边坡采用反压回填，以确保铁塔塔基周围土体的稳定[2]。场区反压断面设计见图4，具体的反压工序如下：a）坡脚设置4 m高M7.5水泥砂浆砌MU30片石护脚，护脚基础要求嵌入中风化泥砂岩中不小于1.0 m，地基承载力要求不小于240 kPa。b）在基底填筑土方前，要求铺筑50 cm砂砾垫层，有利于排水。c）在原场区第三级宽平台上有出水点，需要设置1×1 m的碎石盲沟将水引出坡外。d）对斜坡和已填筑的坡面开挖向内倾4%的2 m宽平台，并在已填筑每级台阶上设置5 m长钢塑格栅。e）反压区采用静力压路机逐层反压回填，要求回填土方的压实度不小于90%。对已反压土方表层出现不均匀沉降的裂缝用10%灰土回填后方可继续进行回填。f）在回填到宽平台标高时采用振冲式压路机对已填筑土方补强压实后再进行上部土方的回填。g）施工坡顶截水沟、平台排水沟及急流槽等排水工程。h）坡面绿化。

图4 场区反压断面设计图

5.3 支挡设计

根据剩余下滑力计算结果，断面-1采用2.0 m×3.0 m C30混凝土抗滑桩，桩间距6.0 m，桩长17.0～18.0 m，共布置6根桩；断面-2采用3.0 m×4.0 m C30混凝土抗滑桩，桩间距6.0 m，桩长20.0 m，共布置8根桩；断面-3采用2.0 m×3.0 m C30混凝土抗滑桩，桩间距6.0 m，桩长19.0 m，共布置4根桩，总共布置18根抗滑桩。在滑坡后缘裂缝外5 m处设置截水沟，完善其他排水和防护设施；采用10%灰土填埋裂缝并夯实。滑坡处治平面图见图5。

图5 滑坡处治平面图

6 结语

a）收费站管理场区设置不可避免地会形成高填深挖，这不仅对自然环境造成了严重破坏，还可能诱发和加剧各种地质灾害，甚至给运营留下严重的安全隐患。

b）对路线需穿越重要构筑物的路段，勘察设计阶段应加强勘察，并对路线方案进行充分的多方案比选，以免造成较大的设计变更。

c）在滑坡发生后，临时的应急处治工程非常重要，它不仅可以有效地控制滑坡的继续变形，还可以为永久工程的设计和施工赢得宝贵时间和设计依据。